BR112022023424B1 - Aparelho que compreende um fluorômetro baseado em gradiente espacial e método - Google Patents

Abstract

APARELHO, MÉTODO E FLUORÔMETRO BASEADO EM GRADIENTE ESPACIAL. Um fluorômetro baseado em gradiente espacial apresentando um processador de sinal ou módulo de processamento configurado para: receber sinalização contendo informações sobre luz refletida de fluoróforos em um líquido e detectada por uma matriz de sensores lineares com comprimento e linhas e colunas de elementos ópticos; e determinar a sinalização correspondente contendo informações sobre uma concentração de fluoróforo do líquido uma concentração de fluoróforo do líquido que depende de um gradiente espacial da luz refletida e detectada ao longo do comprimento da matriz de sensor linear, com base na sinalização recebida.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001]Este pedido reivindica benefício para o pedido de patente provisório n° 63/027.587 (911-023.9-1-1/N-YSI- 0045US01), depositado em 20 de maio de 2020; 63/028.013 (911- 023.010-1-1/N-YSI-0046US02), depositado em 21 de maio de 2020 e 63/028.723 (911-023.011-1-1/N-YSI-0047US02), depositado em 22 de maio de 2020, que são todos incorporados por referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção

[002]Esta invenção refere-se a um fluorômetro para medir a concentração de espécies de interesse em um líquido; e mais particularmente, a um fluorômetro para medir a concentração de fluoróforos em um líquido usando medições não baseadas em intensidade (ou seja, amplitude).

2. Descrição da Técnica Relacionada

[003]O fenômeno de fluorescência óptica é comumente explorado para uso no monitoramento da qualidade da água ambiental, pois essa tecnologia pode ser realizada como um sensor compacto e robusto em campo. A detecção baseada em fluorescência consiste em uma fonte de luz de excitação (em um comprimento de onda óptico especificado), usada para excitar opticamente o parâmetro de água de interesse e reemitir luz (em um comprimento de onda óptico mais longo) específico para o parâmetro de água de interesse.

[004]Os fluorômetros conhecidos medem a concentração das espécies de água medindo a amplitude do sinal de fluorescência de retorno. A medição baseada em amplitude é atormentada por vários problemas:

1) Degradação de fonte de excitação

[005]Fontes de excitação típicas incluem LEDs, diodos de laser ou lâmpadas, todos os quais sofrem de degradação de intensidade através do curso do uso. As opções para lidar com a degradação de fonte são limitadas. Uma opção é incluir um detector de referência, que eliminará/anulará os efeitos de degradação, mas adiciona complexidade ao circuito elétrico do sensor e requer espaço opto-mecânico adicional. Uma segunda opção é recalibrar periodicamente o sensor, o que necessariamente limita a duração de implantações de campo.

2) Desvio térmico de fonte de excitação

[006]Todas as fontes mencionadas acima têm uma resposta não negligenciável à temperatura, ou seja, a potência de saída óptica muda conforme a temperatura ambiente muda. Isso representa um problema real no desempenho de sensor, dependendo novamente de um detector de referência ou de algum esquema de compensação de software embutido ou elétrico elaborado. Além disso, compensação de temperatura requer alguma medição do sensor de temperatura, geralmente habilitada por um sensor de temperatura integrado (ou seja, localizado internamente no circuito elétrico), exigindo conjunto de circuitos e espaço físico adicionais.

3) Espécies Interferentes

[007]Sensores baseados em fluorescência podem sofrer de interferências ópticas nas quais a presença de outras espécies concorrentes pode absorver nos mesmos comprimentos de onda de excitação e/ou emissão alvo respectivos, resultando em uma diminuição de amplitude de fluorescência.

4) Configuração opto-mecânica

[008]Técnicas de detecção de fluorescência tradicionais sofrem de baixa sensibilidade (especialmente sensores implantáveis em campo) decorrente de captura ruim/ineficiente do sinal de fluorescência. Os sensores de fluorescência existentes normalmente empregam uma única fonte de luz de excitação e um único receptor de emissão (semelhante a um ponto), utilizando um elemento fotossensível. Independentemente do elemento fotossensível ou fonte de luz de excitação particular usado, técnica anterior conhecida não é configurada opto-mecanicamente para captura eficiente de fluorescência, resultando em limite de detecção comprometido.

5) Efeito de filtro interno (IFE) - um efeito de limitação de faixa

[009]A técnica anterior conhecida apresenta o seguinte problema: em baixas concentrações, o sinal de fluorescência é aproximadamente proporcional à concentração de espécie. No entanto, à medida que a concentração é aumentada, o sinal atinge um máximo seguido de uma diminuição do sinal com concentrações cada vez maiores. A esse respeito, fluorômetros tradicionais têm valores duplos de forma ambígua, o que significa que, para qualquer sinal de fluorescência medido particular, existem duas concentrações possíveis - uma alta, uma baixa. Para esses fluorômetros conhecidos, não há como distinguir entre os dois resultados possíveis.

Literatura conhecida

[0010]Existe literatura conhecida sobre fluorescência usando arranjos 2-D para estimar gradientes de concentração e um breve resumo das principais descobertas é apresentado abaixo: A técnica anterior conhecida revela um arranjo 2-D usado para “a determinação de gradientes de concentração no espaço e tempo”. Aqui, os gradientes de concentração (“conduzidos por difusão”) estão sendo determinados pela distribuição e amplitude locais do sinal de fluorescência. Esta é uma técnica baseada em amplitude, como o sinal relatado por qualquer elemento de arranjo específico é simplesmente proporcional à quantidade de fluorescência "local" (ou seja, o sinal local em um único elemento de arranjo específico), em que a amplitude local da fluorescência é entendida para ser proporcional à densidade de concentração de fluoróforo local.

[0011]Além disso, consulte PCT/US2008/059575, depositado em 7 de abril de 2008, que revela um sistema e método para medições de turbidez de alto rendimento, bem como um artigo de A Singh et al., intitulado "The performance of 2D array detectors for light sheet based fluorescence correlation spectroscopy" (“A performance de detectores de arranjo 2D para folha de luz com base em espetroscopia de correlação fluorescência”).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0012]A presente invenção é distintamente diferente da técnica anterior descrita acima: Por exemplo, a presente invenção usa um gradiente espacial (uma consequência da lei de Beer) para determinar uma única concentração fixa/quase estática, em que mudanças na concentração no tempo são entendidas para mudar como muito mais lentas do que o tempo necessário para aquisição de sinal. Dito de outra forma, os gradientes espaciais para o sensor de acordo com a presente invenção são uma consequência da lei de Beer e não são um resultado de alguma distribuição espacial variável/variada da concentração de fluoróforo.

[0013]Além disso, a presente invenção contorna muitos dos problemas associados com medições de fluorescência baseadas em amplitude enquanto fornece uma configuração opto- mecânica, capaz de captura de sinal grandemente aprimorada e eliminação de IFE. A presente invenção emprega um arranjo de fotodiodo linear (no entanto, a presente invenção não está limitada à tecnologia de fotodiodo, por exemplo, um arranjo de CCD ou CMOS linear também pode ser usado). Um arranjo linear permite uma determinação de fluorescência não baseada em intensidade. Essas medições são espacialmente dependentes, sendo a ideia principal que um sinal óptico sofrerá atenuação ao longo do arranjo linear, seguindo a lei de Beer, criando assim um “gradiente espacial”. Este gradiente espacial contém informações sobre a concentração das espécies fluorescentes.

[0014]O elemento chave para a presente invenção trata especificamente do uso de um arranjo de sensor linear para avaliar o gradiente espacial do sinal ao longo do comprimento do arranjo de sensor linear. O gradiente espacial do sinal fornece uma avaliação da concentração de fluoróforo que oferece muitas vantagens sobre os métodos baseados em amplitude conhecidos, incluindo: - Imunidade à degradação/desvio de fonte, - Detecção sem calibração, - Imunidade a interferência de banda de fluorescência, - Sensibilidade de sinal aprimorada, e - Correção de IFE.

Outra Implementação

[0015]O método de “gradiente espacial” acima requer que cada elemento óptico no arranjo seja endereçável individualmente. No entanto, existe uma variante possível do projeto que envolve a adição de um fotodiodo de transmissão (localizado no final do arranjo, oposto à fonte) e conexão de todos os elementos de arranjo linear em uma configuração eletricamente paralela. Essa variante de projeto melhoraria ainda mais a sensibilidade de sinal baixo, aprimorando ainda mais o limite mínimo de detecção, mantendo a capacidade do sensor de realizar desvio e correção de IFE.

[0016]Finalmente, outra variante poderia incluir o método de gradiente espacial, além do método baseado em amplitude para fornecer informações complementares. Aqui, o método baseado em gradiente poderia ser usado para identificar a degradação de excitação, enquanto o método baseado em amplitude poderia ser usado para reforçar detecção de sinal baixo.

Modalidades Específicas

[0017]De acordo com algumas modalidades, a presente invenção pode incluir ou assumir a forma de um aparelho apresentando um módulo processador ou de processamento de sinal configurado para: receber sinalização contendo informações sobre luz refletida de fluoróforos em um líquido e detectada por um arranjo de sensor linear tendo um comprimento e linhas e colunas de elementos ópticos; e determinar sinalização correspondente contendo informações sobre uma concentração de fluoróforo do líquido que depende de um gradiente espacial da luz refletida e detectada ao longo do comprimento do arranjo de sensor linear, com base na sinalização recebida.

[0018]O aparelho pode incluir um ou mais dos seguintes recursos adicionais: O aparelho pode incluir o arranjo de sensor linear.

[0019]O arranjo de sensor linear pode incluir um arranjo de fotodiodo linear, um arranjo de CCD linear ou um arranjo de CMOS linear, bem como um arranjo de sensor de cilindro fechado tendo um arranjo cilíndrico tridimensional das linhas e colunas dos elementos ópticos.

[0020]O gradiente espacial pode ser determinado por um algoritmo de arranjo linear que define uma relação entre a concentração de fluoróforo [c], o comprimento ou localização (l) ao longo do arranjo de sensor linear, um coeficiente de absorção de espécie (α) e um sinal (S(l)) de um elemento óptico de arranjo ao longo do arranjo de sensor linear.

[0021]O algoritmo de arranjo linear assume a forma da equação: y = mx + b, em que y = -ln (S(l)), mx = α[c]l, e b = -ln([c] AT0).

[0022]O algoritmo de arranjo linear é baseado na lei de Beer.

[0023]O aparelho pode incluir ou assumir a forma de um fluorômetro baseado em gradiente espacial.

[0024]O aparelho pode incluir uma fonte de luz quase colimada tendo um comprimento correspondente e sendo configurada para fornecer a luz, incluindo luz quase colimada, ao longo do comprimento do arranjo de sensor linear.

[0025]O módulo processador ou de processamento de sinal pode ser configurado para determinar a concentração de fluoróforo com base em atenuação de um sinal óptico detectado através do arranjo de sensor linear, incluindo ao longo do comprimento e/ou largura do arranjo de sensor linear.

[0026]O arranjo de sensor linear pode incluir um arranjo bidimensional dos elementos ópticos que são individualmente endereçáveis.

[0027]Tanto as linhas quanto as colunas dos elementos ópticos podem ser conectadas em paralelo e endereçáveis pelo módulo processador ou de processamento de sinal; o aparelho pode incluir um fotodiodo de transmissão localizado em uma extremidade do arranjo de sensor linear, oposta à fonte de luz, configurado para responder à luz refletida dos fluoróforos e fornecer sinalização de fotodiodo de transmissão contendo informações sobre o mesmo e o módulo processador ou de processamento de sinal pode ser configurado para receber a sinalização de fotodiodo e corrigir a sinalização correspondente para desvio ou o efeito de filtro interno (IFE).

Um fluorômetro baseado em gradiente espacial

[0028]A título de exemplo adicional e de acordo com algumas modalidades, a presente invenção pode incluir ou assumir a forma de um fluorômetro baseado em gradiente espacial apresentando uma fonte de luz quase colimada, um arranjo de sensor linear e um módulo processador ou de processamento de sinal.

[0029]A fonte de luz quase colimada tem um comprimento e pode ser configurada para fornecer luz quase colimada a uma amostra líquida.

[0030]O arranjo de sensor linear tem um comprimento correspondente e linhas e colunas de elementos ópticos e pode ser configurado para detectar a luz refletida dos fluoróforos na amostra líquida ao longo do comprimento da fonte de luz colimada e fornecer sinalização contendo informações sobre a luz refletida dos fluoróforos.

[0031]O módulo processador ou de processamento de sinal pode ser configurado para: receber a sinalização; e determinar sinalização correspondente contendo informações sobre uma concentração de fluoróforo do líquido que depende de um gradiente espacial da luz refletida e detectada ao longo do comprimento correspondente do arranjo de sensor linear, com base na sinalização recebida.

[0032]O fluorômetro baseado em gradiente espacial também pode incluir um ou mais dos recursos estabelecidos acima.

O método

[0033]De acordo com algumas modalidades, a presente invenção pode incluir um método, apresentando: receber, com um módulo processador ou de processamento de sinal, sinalização contendo informações sobre luz refletida de fluoróforos em um líquido e detectada por um arranjo de sensor linear tendo um comprimento e linhas e colunas de elementos ópticos; e determinar, com o módulo processador ou de processamento de sinal, sinalização correspondente contendo informações sobre uma concentração de fluoróforo do líquido que depende de um gradiente espacial da luz refletida e detectada ao longo do comprimento do arranjo de sensor linear, com base na sinalização recebida.

[0034]O método também pode incluir um ou mais dos recursos descritos acima.

Meio de armazenamento legível por computador

[0035]De acordo com algumas modalidades da presente invenção, a presente invenção também pode assumir a forma de um meio de armazenamento legível por computador tendo componentes executáveis por computador para realizar os passos do método acima mencionado. O meio de armazenamento legível por computador também pode incluir um ou mais dos recursos descritos acima.

Vantagens

[0036]A presente invenção oferece vantagens distintas sobre as técnicas atuais conhecidas na técnica anterior, como segue: 1)A presente invenção determina concentrações de fluoróforo através de um gradiente espacial (um sinal de fluorescência que muda ao longo do comprimento do detector de arranjo linear de acordo com a lei de Beer) (ver Figura 1) e não pela amplitude do sinal de fluorescência (algoritmo para determinação de concentração (Ver Figura 5)). Como tal, não é afetado por mudanças moderadas na intensidade da fonte. Isso significa que o gradiente espacial é imune à degradação de fonte, à resposta térmica de fonte ou à mudança em condições de acionamento de fonte (como a corrente de acionamento de LED). No entanto, é necessário que um sinal não negligenciável esteja presente, ou seja, que haja alguma quantidade mensurável de luz incidente sobre o arranjo para formar o gradiente espacial. Além disso, os elementos precisam ser endereçáveis individualmente para resolver as informações espaciais. A presente invenção não está limitada a nenhuma tecnologia específica de detector de arranjo linear; um fotodiodo linear, arranjo de CCD ou CMOS poderia ser usado.

[0037]2)A presente invenção, sendo imune à degradação/desvio de fonte, é capaz de implementações livres de calibração, estendendo assim o comprimento de cada implantação.

[0038]3)Um arranjo de sensor linear fornece uma área ativa geral muito maior para capturar a fluorescência de retorno. Mais importante, a área ativa é maior na dimensão que mais importa - ao longo do eixo óptico (uma fonte de excitação quase colimada é frequentemente usada, que emite radiação predominantemente ao longo de um único eixo comumente referido como o eixo "óptico") (Ver Figura 1). A captura aumentada de fluorescência aumenta muito a sensibilidade de sinal que, por sua vez, leva a uma melhoria significativa no limite mínimo de detecção das espécies de fluorescência.

[0039]4)Assim como o método baseado em gradiente é imune a mudanças moderadas em potência de excitação, também é imune a certos tipos de interferências. Qualquer espécie interferente que absorva o sinal de fluorescência, mas não o sinal de excitação (interferência na banda de fluorescência), não afetará o gradiente de sinal e, portanto, não impedirá qualquer avaliação da concentração de fluoróforo. Observe que o método de gradiente espacial não pode abordar nenhuma espécie de interferência que absorva o sinal de excitação (interferência de banda de excitação), pois isso afetaria a assinatura do gradiente de sinal.

[0040]5)Embora a amplitude de fluorescência de fluorômetros tradicionais sofra de uma resposta ambígua de valor duplo (devido ao IFE), esse não é o caso para o método de gradiente espacial cuja resposta é monotônica com o aumento de concentração (ver Figura 4). O método de gradiente espacial permite a correção do efeito de filtro interno (IFE) em tempo real. [para a técnica anterior conhecida, o método comum de correção de filtro interno envolve pós-processamento via análise de laboratório após uma implantação de campo]. A correção de IFE aumenta consideravelmente a faixa de detecção de alta concentração (Ver a Figura 3).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0041]O desenho, que não necessariamente está desenhado em escala, compreende as Figuras 1 a 8, conforme segue: A Figura 1 é uma vista lateral de "gradiente espacial" de fluorescência seguindo a lei de Beer (simulado em TracePro™).

[0042]A Figura 2 inclui as Figuras 2A e 2B que mostram um mapeamento espacial e um gráfico de intensidade de gradiente de fluorescência (simulado em TracePro™).

[0043]A Figura 3 é um gráfico de resposta de sensor versus concentração relativa com e sem correção de IFE [ilustrando faixa de detecção aprimorada 10 vezes] (simulado em TracePro™).

[0044]A Figura 4 é um gráfico de resposta de sensor versus concentração relativa com e sem correção de IFE [eliminação do problema de valor duplo] (simulado em TracePro™).

[0045]A Figura 5 é um algoritmo para determinar concentração a partir do gradiente espacial, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0046]A Figura 6 é um diagrama de bloco de aparelho, incluindo um fluorômetro baseado em gradiente espacial, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0047]A Figura 7 é um diagrama de bloco de um arranjo de sensor linear tendo um comprimento e linhas e colunas de elementos ópticos, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0048]A Figura 8 é uma vista em perspectiva tridimensional de uma fonte de luz quase colimada que fornece uma luz quase colimada em relação a um arranjo de sensor linear, de acordo com algumas modalidades da presente invenção.

[0049]Para reduzir a desordem no desenho, cada Figura no desenho não inclui necessariamente todos os rótulos de referência para cada elemento mostrado nela.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MELHOR MODO DA INVENÇÃO

[0050]A Figura 6 mostra o aparelho 10, incluindo um fluorômetro baseado em gradiente espacial, de acordo com a presente invenção tendo uma fonte de luz quase colimada 20, um arranjo de sensor linear 30 e um módulo processador ou de processamento de sinal 40.

[0051]O módulo processador ou de processamento de sinal 40 pode ser configurado para receber sinalização contendo informações sobre luz Lr (Figura 8) refletida nos fluoróforos em um líquido e detectada pelo arranjo de sensor linear 30 tendo um comprimento L e linhas e colunas de elementos ópticos (r1, c1; r1, c2; r1, c3; r1, c4; r1, c5; r1, c6; r1, c7; r1, c8; ...; r1, cn; r2, c1; r2, c2; r2, c3; r2, c4; r2, c5; r2, c6; r2, c7; r2, c8; ...; r2, cn; r3, c1; r3, c2; r3, c3; r3, c4; r3, c5; r3, c6; r3, c7; r3, c8; ...; r3, cn; ...; rn, c1; rn, c2; rn, c3; rn, c4; rn, c5; rn, c6; rn, c7; rn, c8; ...; rn, cn), por exemplo, conforme mostrado na Figura 7; e determinar sinalização correspondente contendo informações sobre uma concentração de fluoróforo do líquido que depende de um gradiente espacial da luz refletida e detectada ao longo do comprimento L do arranjo de sensor linear 30, com base na sinalização recebida.

O Arranjo de Sensor Linear 30

[0052]A título de exemplo, o aparelho 10 pode incluir o arranjo de sensor linear 30, por exemplo, tal como um arranjo de fotodiodo linear, um arranjo de dispositivo de carga acoplada (CCD) linear, um arranjo de CMOS linear. A título de exemplo adicional, o arranjo de sensor linear 30 pode incluir um arranjo bidimensional de linhas e colunas de elementos ópticos, por exemplo, como o mostrado na Figura 7, que são endereçáveis individualmente. Arranjos de sensor lineares são conhecidos na técnica e o escopo da invenção não se destina a ser limitado a qualquer tipo ou espécie particular agora conhecido ou desenvolvido posteriormente no futuro.

[0053]A título de exemplo, arranjos de sensores lineares são revelados nas seguintes patentes dos EUA Nos. 9.020.202; 8.022.349; 7.956.341; 7.040.538; 5.252.818 e 4.193.057, que são todas incorporadas neste documento por referência.

A Fonte de Luz 20

[0054]A título de exemplo, o aparelho 10 pode incluir a fonte de luz 20 configurada para fornecer a luz Lc (Figura 8), incluindo luz quase colimada, ao longo do comprimento L do arranjo de sensor linear 30 através de uma amostra líquida disposta em relação à fonte de luz 20 e ao arranjo de sensor linear 30 de modo a refletir a luz Lr dos fluoróforos na amostra líquida sendo monitorada ou testada no arranjo de sensor linear 30. Ver a Figura 8. Por exemplo, a luz pode ser refletida radialmente e para trás, isto é, luz ou radiação refletida retroespalhada.

[0055]Como uma pessoa técnica no assunto apreciaria, as fontes de luz quase colimadas são conhecidas na técnica e o escopo da invenção não se destina a ser limitado a qualquer tipo ou espécie particular agora conhecido ou posteriormente desenvolvido no futuro.

O Módulo Processador ou de Processamento de Sinal 40

[0056]A título de exemplo, o módulo processador ou de processamento de sinal 40 pode ser configurado para determinar a concentração de fluoróforo com base em um gradiente espacial do sinal óptico detectado através do arranjo de sensor linear, por exemplo, consistente com o estabelecido em relação à Figura 5.

[0057]Em uma modalidade alternativa, as linhas ou as colunas dos elementos ópticos podem ser conectadas em paralelo e endereçadas pelo módulo processador ou de processamento de sinal 40; o aparelho 10 pode incluir um fotodiodo de transmissão 30a localizado em uma extremidade do arranjo de sensor linear 30, oposta à fonte de luz 20, configurado para responder à luz refletida dos fluoróforos e fornecer sinalização de fotodiodo de transmissão contendo informações sobre o mesmo e o módulo processador ou de processamento de sinal 40 pode ser configurado para receber a sinalização de fotodiodo e corrigir a sinalização correspondente para desvio ou efeito de filtro interno.

Implementação de Funcionalidade de Processamento de Sinal

[0058]A título de exemplo, a funcionalidade do módulo processador ou de processamento de sinal 40 pode ser implementada usando hardware, software, firmware ou uma combinação dos mesmos. Em uma implementação de software típica, o processador de sinal 40 incluiria uma ou mais arquiteturas baseadas em microprocessador tendo, por exemplo, pelo menos um processador ou microprocessador de sinal. Um técnico no assunto seria capaz de programar com código de programa adequado tal implementação baseada em microcontrolador ou baseada em microprocessador para realizar a funcionalidade de processamento de sinal revelada neste documento sem experimentação indevida.

[0059]O escopo da invenção não se destina a ser limitado a qualquer implementação particular usando tecnologia agora conhecida ou posteriormente desenvolvida no futuro. O escopo da invenção destina-se a incluir a implementação da funcionalidade do(s) processador(es) de sinal como processador, processador de sinal ou módulo processador de sinal autônomo, bem como processador ou módulos processadores separados, bem como alguma combinação dos mesmos.

[0060]A título de exemplo, o aparelho 10 também pode incluir, por exemplo, outros circuitos processadores de sinal ou componentes geralmente indicados 50, incluindo módulo de memória ou memória de acesso aleatório (RAM) e/ou memória somente de leitura (ROM), dispositivos e controle de entrada/saída e barramentos de dados e endereço conectando os mesmos e/ou pelo menos um processador de entrada e pelo menos um processador de saída, por exemplo, o que seria apreciado por um técnico no assunto.

[0061]A título de exemplo adicional, o processador de sinal 40 pode incluir ou assumir a forma de alguma combinação de um processador de sinal e pelo menos uma memória incluindo um código de programa de computador, em que o processador de sinal e pelo menos uma memória, são configurados para causar o sistema implementar a funcionalidade da presente invenção, por exemplo, para responder à sinalização recebida e para determinar a sinalização correspondente, com base na sinalização recebida.

Efeito de Filtro Interno (IFE)

[0062]Como uma pessoa técnica no assunto apreciaria, o IFE é um fenômeno de espectroscopia de fluorescência, por exemplo, em que há uma diminuição na emissão de fluorescência observada em soluções concentradas devido à absorção da luz excitante pelo fluoróforo que está próximo ao feixe incidente e o que diminui significativamente a luz que atinge a amostra mais longe dela.

[0063]Como uma pessoa técnica no assunto apreciaria, técnicas para corrigir o IFE são conhecidas na técnica e o escopo da invenção não se destina a ser limitado a qualquer tipo ou espécie específico agora conhecido ou posteriormente desenvolvido no futuro.

Lei de Beer

[0064]Como uma pessoa técnica no assunto apreciaria, a lei de Beer é definida pela relação, como segue: A = ε b C, em que A = absorbância, ε = absortividade molar, b = comprimento do caminho de luz, e C = concentração.

Fluoróforos

[0065]Como uma pessoa técnica no assunto apreciaria, um fluoróforo é um composto químico fluorescente que pode reemitir luz mediante excitação. Os fluoróforos normalmente contêm vários grupos aromáticos combinados ou moléculas planares ou cíclicas com ligações π.

[0066]A título de exemplo, os fluoróforos às vezes são usados como traçadores em fluidos, como corante para coloração de certas estruturas, como substrato de enzimas ou como sonda ou indicador (quando fluorescência é afetada por aspectos ambientais, como polaridade ou íons).

[0067]O escopo da invenção não se destina a ser limitado a qualquer tipo particular ou tipo de fluoróforo agora conhecido ou posteriormente desenvolvido no futuro.

Aplicações

[0068]A presente invenção tem aplicações, por exemplo, no parâmetro básico de monitoramento de qualidade de água para aplicações de água doce, bem como no monitoramento de água potável.

O escopo da invenção

[0069]Embora a invenção tenha sido descrita com referência às modalidades exemplares, será entendido pelos técnicos no assunto que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem sair do escopo da invenção. Além disso, modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem sair do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à(s) modalidade(s) particular(es) revelada(s) neste documento como o melhor modo contemplado para a realização desta invenção.

Claims (20)

1. Aparelho (10), caracterizado pelo fato de que compreende: um módulo processador ou de processamento de sinal (40) configurado para: receber sinalização contendo informações sobre luz (Lr) refletida de fluoróforos em um líquido e detectada por um arranjo de sensor linear (30) tendo um comprimento (L) e linhas e colunas de elementos ópticos (r1, c1; r1, c2; r1, c3; r1, c4; r1, c5; r1, c6; r1, c7; r1, c8; ...; r1, cn; r2, c1; r2, c2; r2, c3; r2, c4; r2, c5; r2, c6; r2, c7; r2, c8; ...; r2, cn; r3, cl; r3, c2; r3, c3; r3, c4; r3, c5; r3, c6; r3, c7; r3, c8; .; r3, cn; .; rn, cl; rn, c2; rn, c3; rn, c4; rn, c5; rn, c6; rn, c7; rn, c8; .; rn, cn); e determinar sinalização correspondente contendo informações sobre uma concentração de fluoróforo do líquido que depende de um gradiente espacial da luz refletida e detectada ao longo do comprimento (L) do arranjo de sensor linear (30), com base na sinalização recebida; em que uma fonte de luz quase colimada (20) tem um comprimento correspondente e sendo configurada para fornecer a luz (Lc), incluindo luz quase colimada (Lc), ao longo do comprimento (L) do arranjo de sensor linear (30).

2. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo processador ou de processamento de sinal (40) é configurado para determinar a concentração de fluoróforo ([c]) com base em uma atenuação de um sinal óptico detectado através do comprimento (L) do arranjo de sensor linear (30).

3. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o arranjo de sensor linear (30) compreende um arranjo de fotodiodo linear, um arranjo de CCD linear ou um arranjo de CMOS linear.

4. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o arranjo de sensor linear (30) compreende um arranjo de sensor de cilindro fechado tendo um arranjo cilíndrico tridimensional das linhas e colunas dos elementos ópticos (r1, c1; r1, c2; r1, c3; r1, c4; r1, c5; r1, c6; r1, c7; r1, c8; ...; r1, cn; r2, cl; r2, c2; r2, c3; r2, c4; r2, c5; r2, c6; r2, c7; r2, c8; ...; r2, cn; r3, c1; r3, c2; r3, c3; r3, c4; r3, c5; r3, c6; r3, c7; r3, c8; .; r3, cn; .; rn, c1; rn, c2; rn, c3; rn, c4; rn, c5; rn, c6; rn, c7; rn, c8; .; rn, cn).

5. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gradiente espacial é determinado por um algoritmo de arranjo linear que define uma relação entre a concentração de fluoróforo [c], o comprimento ou localização (l) ao longo do arranjo de sensor linear, um coeficiente de absorção de espécie (α) e um sinal (S(l)) de um elemento óptico de arranjo (r1, c1; r1, c2; r1, c3; r1, c4; r1, c5; r1, c6; r1, c7; r1, c8; .; r1, cn; r2, c1; r2, c2; r2, c3; r2, c4; r2, c5; r2, c6; r2, c7; r2, c8; .; r2, cn; r3, c1; r3, c2; r3, c3; r3, c4; r3, c5; r3, c6; r3, c7; r3, c8; .; r3, cn; .; rn, c1; rn, c2; rn, c3; rn, c4; rn, c5; rn, c6; rn, c7; rn, c8; .; rn, cn) ao longo do arranjo espacial linear (30).

6. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o algoritmo de arranjo linear assume a forma da equação: y = mx + b, em que y = -ln (S(l)), mx = α[c]l, e b = -ln([c] AT0).

7. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o algoritmo de arranjo linear é baseado na lei de Beer.

8. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho (10) é um fluorômetro baseado em gradiente espacial (10).

9. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho (10) compreende uma fonte de luz quase colimada (20) tendo um comprimento correspondente e sendo configurada para fornecer a luz (Lc), incluindo luz quase colimada (Lc), ao longo do comprimento (L) do arranjo de sensor linear (30).

10. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo processador ou de processamento de sinal (40) é configurado para determinar a concentração de fluoróforo ([c]) com base em uma atenuação de um sinal óptico detectado através do arranjo de sensor linear (30), incluindo ao longo do comprimento (L) e largura do arranjo de sensor linear (30).

11. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o arranjo de sensor linear (30) compreende um arranjo bidimensional dos elementos ópticos (r1, c1; r1, c2; r1, c3; r1, c4; r1, c5; r1, c6; r1, c7; r1, c8; ...; r1, cn; r2, cl; r2, c2; r2, c3; r2, c4; r2, c5; r2, c6; r2, c7; r2, c8; ...; r2, cn; r3, cl; r3, c2; r3, c3; r3, c4; r3, c5; r3, c6; r3, c7; r3, c8; ...; r3, cn; ...; rn, c1; rn, c2; rn, c3; rn, c4; rn, c5; rn, c6; rn, c7; rn, c8; .; rn, cn) que são individualmente endereçáveis.

12. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos ópticos (r1, cl; r1, c2; r1, c3; r1, c4; r1, c5; r1, c6; r1, c7; r1, c8; .; r1, cn; r2, c1; r2, c2; r2, c3; r2, c4; r2, c5; r2, c6; r2, c7; r2, c8; .; r2, cn; r3, c1; r3, c2; r3, c3; r3, c4; r3, c5; r3, c6; r3, c7; r3, c8; .; r3, cn; .; rn, c1; rn, c2; rn, c3; rn, c4; rn, c5; rn, c6; rn, c7; rn, c8; .; rn, cn) são individualmente endereçáveis pelo módulo processador ou de processamento de sinal (40).

13. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que ou as linhas ou as colunas dos elementos ópticos (r1, c1; r1, c2; r1, c3; r1, c4; r1, c5; r1, c6; r1, c7; r1, c8; .; r1, cn; r2, c1; r2, c2; r2, c3; r2, c4; r2, c5; r2, c6; r2, c7; r2, c8; .; r2, cn; r3, c1; r3, c2; r3, c3; r3, c4; r3, c5; r3, c6; r3, c7; r3, c8; .; r3, cn; .; rn, c1; rn, c2; rn, c3; rn, c4; rn, c5; rn, c6; rn, c7; rn, c8; .; rn, cn) são conectadas em paralelo e endereçáveis pelo módulo processador ou de processamento de sinal (40); o aparelho (10) inclui um fotodiodo de transmissão localizado em uma extremidade do arranjo de sensor linear (30), oposta à fonte de luz (20), configurado para responder à luz (Lr) refletida dos fluoróforos e fornecer sinalização de fotodiodo de transmissão contendo informações sobre o mesmo; e o módulo processador ou de processamento de sinal (40) é configurado para receber a sinalização de fotodiodo e corrigir a sinalização correspondente para desvio ou o efeito de filtro interno.

14. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: receber, com um módulo processador ou de processamento de sinal (40), sinalização contendo informações sobre luz (Lr) refletida de fluoróforos em um líquido e detectada por um arranjo de sensor linear (30) tendo um comprimento (L) e linhas e colunas de elementos ópticos (r1, c1; r1, c2; r1, c3; r1, c4; r1, c5; r1, c6; r1, c7; r1, c8; ...; r1, cn; r2, c1; r2, c2; r2, c3; r2, c4; r2, c5; r2, c6; r2, c7; r2, c8; ...; r2, cn; r3, c1; r3, c2; r3, c3; r3, c4; r3, c5; r3, c6; r3, c7; r3, c8; ...; r3, cn; .; rn, c1; rn, c2; rn, c3; rn, c4; rn, c5; rn, c6; rn, c7; rn, c8; .; rn, cn); e determinar, com o módulo processador ou de processamento de sinal (40), sinalização correspondente contendo informações sobre uma concentração ([c]) de fluoróforo do líquido que depende de um gradiente espacial da luz (Lr) refletida e detectada ao longo do comprimento (L) do arranjo de sensor linear (30), com base na sinalização recebida.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o método compreende configurar o arranjo de sensor linear (30) como um arranjo de fotodiodo linear, um arranjo de CCD linear ou um arranjo de CMOS linear.

16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o método compreende determinar a concentração de fluoróforo ([c]) com base em uma atenuação de um sinal óptico detectado através do comprimento (L) do arranjo de sensor linear (30).

17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o método compreende configurar uma fonte de luz (20) para fornecer a luz (Lc), incluindo usar uma fonte de luz quase colimada (20) para fornecer luz quase colimada (Lc).

18. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende um fluorômetro baseado em gradiente espacial tendo: uma fonte de luz quase colimada (20) tendo o comprimento e sendo configurada para fornecer luz quase colimada (Lc) a uma amostra líquida; e o arranjo de sensor linear (30) tendo linhas e colunas de elementos ópticos (r1, c1; r1, c2; r1, c3; r1, c4; r1, c5; r1, c6; r1, c7; r1, c8; ...; r1, cn; r2, cl; r2, c2; r2, c3; r2, c4; r2, c5; r2, c6; r2, c7; r2, c8; ...; r2, cn; r3, c1; r3, c2; r3, c3; r3, c4; r3, c5; r3, c6; r3, c7; r3, c8; .; r3, cn; .; rn, c1; rn, c2; rn, c3; rn, c4; rn, c5; rn, c6; rn, c7; rn, c8; .; rn, cn), e configurado para detectar luz (Lr) refletida de fluoróforos na amostra líquida ao longo do comprimento (L) da fonte de luz colimada (20) e fornecer sinalização contendo informações sobre a luz (Lr) refletida dos fluoróforos.

19. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o arranjo de sensor linear (30) compreende um arranjo de fotodiodo linear, um arranjo de CCD linear ou um arranjo de CMOS linear.

20. Aparelho (10), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o gradiente espacial é determinado por um algoritmo de arranjo linear que define uma relação entre a concentração de fluoróforo [c], o comprimento ou localização (l) ao longo do arranjo de sensor linear (30), um coeficiente de absorção de espécie (α) e um sinal (S(l)) de um elemento óptico de arranjo (r1, c1; r1, c2; r1, c3; r1, c4; r1, c5; r1, c6; r1, c7; r1, c8; ...; r1, cn; r2, c1; r2, c2; r2, c3; r2, c4; r2, c5; r2, c6; r2, c7; r2, c8; ...; r2, cn; r3, cl; r3, c2; r3, c3; r3, c4; r3, c5; r3, c6; r3, c7; r3, c8; .; r3, cn; .; rn, c1; rn, c2; rn, c3; rn, c4; rn, c5; rn, c6; rn, c7; rn, c8; .; rn, cn) ao longo do arranjo de sensor linear.